定時器timerfd

1.為什么要加入此定時器接口

linux2.6.25版本新增了timerfd這個供用戶程序使用的定時接口，這個接口基于文件描述符，當超時事件發生時，該文件描述符就變為可讀。我首次接觸這個新特性是在muduo網絡庫的定時器里看到的，那么新增一個這樣的定時器接口有什么意義呢？

要說明這個問題我得先給大家列舉一下Linux下能實現定時功能的各個接口，然后通過逐一比較來說明原因

linux下的定時接口主要有如下幾種

  1. .sleep()

  2. .alarm()

  3. .usleep()

  4. .nanosleep()

  5. .clock_nanosleep()

  6. .getitimer()/setitimer()

  7. .timer_create()/timer_settime/timer_gettime()/timer_delete()

  8. .timerfd_create()/timerfd_gettime()/timer_settime()

以上便是Linux下常用的一些定時接口?
1.前三種sleep()/alarm()/usleep()在實現時可能用了SIGALRM信號，在多線程中使用信號是相當麻煩的?
2.nanosleep()/clock_nanosleep()會讓線程掛起，這樣會使程序失去響應，多線程網絡編程中我們應該避免這樣做?
3.getitimer()/timer_cteate()也是用信號來deliver超時

而我們的timerfd_create()把時間變成了一個文件描述符，該文件描述符會在超時時變得可讀，這種特性可以使我們在寫服務器程序時，很方便的便把定時事件變成和其他I/O事件一樣的處理方式，并且此定時接口的精度也足夠的高，所以我們只要以后在寫I/O框架時用到了定時器就該首選timerfd_create()

2.timerfd的接口介紹

(1)timerfd的創建

 

  1.  
    int timer_create(int clockid,int flags);
     
  2. ?
  3.  
    //成功返回0
     


? 


第一個參數一般為CLOCK_REALTIME或者CLOCK_MONOTONIC,其參數意義為參數意義
 

CLOCK_REALTIME:相對時間，從1970.1.1到目前時間，之所以說其為相對時間，是因為我們只要改變當前系統的時間，從1970.1.1到當前時間就會發生變化，所以說其為相對時間
 

CLOCK_MONOTONIC：與CLOCK_REALTIME相反，它是以絕對時間為準，獲取的時間為系統最近一次重啟到現在的時間，更該系統時間對其沒影響
 

第二個參數為控制標志：TFD_NONBLOCK(非阻塞),TFD_CLOEXEC（同O_CLOEXEC）
 

(2)定時器的設置
 

 

  1.  
    int timerfd_settime(int fd,int flags
     
  2.  
    const struct itimerspec *new_value
     
  3.  
    struct itimerspec *old_value);
     
  4.  
    //成功返回0
     


? 


該函數的功能為啟動和停止定時器，第一個參數fd為上面的timerfd_create()函數返回的定時器文件描述符，第二個參數flags為0表示相對定時器，為TFD_TIMER_ABSTIME表示絕對定時器，第三個參數new_value用來設置超時時間，為0表示停止定時器，第四個參數為原來的超時時間，一般設為NULL
 

需要注意的是我們可以通過clock_gettime獲取當前時間，如果是絕對定時器，那么我們得獲取1970.1.1到當前時間(CLOCK_REALTIME),在加上我們自己定的定時時間。若是相對定時，則要獲取我們系統本次開機到目前的時間加我們要定的時常(即獲取CLOCK_MONOTONIC時間)
 

上述參數中itimerspec的結構定義如下
 

 

  1.  
    struct itimerspec {
     
  2.  
    struct timespec it_interval; /* Interval for periodic timer */
     
  3.  
    struct timespec it_value; /* Initial expiration */
     
  4.  
    };
     


? 


其中it_value保存首次超時時間值，即在哪個時間點超時的那個時間的值，it_interval為后續周期性超時的時間間隔，注意是時間間隔不是時間值啦?
 timespec的結構定義如下
 

 

  1.  
    struct timespec {
     
  2.  
    time_t tv_sec; /* Seconds */
     
  3.  
    long tv_nsec; /* Nanoseconds */
     
  4.  
    };
     


? 


需要注意的是當設置定時器后，我們就可以用read讀取定時器的文件描述符了，當其可讀時，就是超時發生的時間，下面的實例中給出用法，請讀者仔細體會
 

 3.具體實例
 

以絕對超時為例
 

 

  1.  
    #include <sys/timerfd.h>
     
  2.  
    #include <time.h>
     
  3.  
    #include <unistd.h>
     
  4.  
    #include <stdlib.h>
     
  5.  
    #include <stdio.h>
     
  6.  
    #include <stdint.h> /* Definition of uint64_t */
     
  7. ?
  8.  
    #define handle_error(msg) \
     
  9.  
    do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
     
  10. ?
  11. ?
  12.  
    //打印當前定時距首次開始計時的時間
     
  13.  
    static void print_elapsed_time(void)
     
  14.  
    {
     
  15.  
    static struct timespec start;
     
  16.  
    struct timespec curr;
     
  17.  
    static int first_call = 1;
     
  18.  
    int secs, nsecs;
     
  19. ?
  20.  
    if (first_call) { //獲取開始時間
     
  21.  
    first_call = 0;
     
  22.  
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start) == -1)
     
  23.  
    handle_error("clock_gettime");
     
  24.  
    }
     
  25. ?
  26.  
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &curr) == -1)
     
  27.  
    handle_error("clock_gettime");
     
  28. ?
  29.  
    //時間差等于每次的當前時間減去start的開始時間
     
  30.  
    secs = curr.tv_sec - start.tv_sec;
     
  31.  
    nsecs = curr.tv_nsec - start.tv_nsec;
     
  32.  
    if (nsecs < 0) {
     
  33.  
    secs--;
     
  34.  
    nsecs += 1000000000; //相差的納秒數
     
  35.  
    }
     
  36.  
    printf("%d.%03d: ", secs, (nsecs + 500000) / 1000000);
     
  37.  
    }
     
  38. ?
  39. ?
  40.  
    int main(int argc, char *argv[])
     
  41.  
    {
     
  42.  
    struct itimerspec new_value;
     
  43.  
    int max_exp, fd;
     
  44.  
    struct timespec now;
     
  45.  
    uint64_t exp, tot_exp;
     
  46.  
    ssize_t s;
     
  47. ?
  48.  
    if ((argc != 2) && (argc != 4)) {
     
  49.  
    fprintf(stderr, "%s init-secs [interval-secs max-exp]\n",
     
  50.  
    argv[0]);
     
  51.  
    exit(EXIT_FAILURE);
     
  52.  
    }
     
  53. ?
  54.  
    if (clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &now) == -1)
     
  55.  
    handle_error("clock_gettime");
     
  56. ?
  57.  
    /* Create a CLOCK_REALTIME absolute timer with initial
     
  58.  
    expiration and interval as specified in command line */
     
  59. ?
  60.  
    new_value.it_value.tv_sec = now.tv_sec + atoi(argv[1]);
     
  61.  
    new_value.it_value.tv_nsec = now.tv_nsec;
     
  62.  
    if (argc == 2) {
     
  63.  
    new_value.it_interval.tv_sec = 0;
     
  64.  
    max_exp = 1;
     
  65.  
    } else {
     
  66.  
    new_value.it_interval.tv_sec = atoi(argv[2]); //之后的定時間隔
     
  67.  
    max_exp = atoi(argv[3]); //定時總次數
     
  68.  
    }
     
  69.  
    new_value.it_interval.tv_nsec = 0;
     
  70. ?
  71.  
    //生成與定時器關聯的文件描述符
     
  72.  
    fd = timerfd_create(CLOCK_REALTIME, 0);
     
  73.  
    if (fd == -1)
     
  74.  
    handle_error("timerfd_create");
     
  75.  
    if (timerfd_settime(fd, TFD_TIMER_ABSTIME, &new_value, NULL) == -1)
     
  76.  
    handle_error("timerfd_settime");
     
  77. ?
  78.  
    //獲取并打印首次首次定時開始的時間
     
  79.  
    print_elapsed_time();
     
  80.  
    printf("timer started\n");
     
  81. ?
  82.  
    for (tot_exp = 0; tot_exp < max_exp;) {
     
  83.  
    s = read(fd, &exp, sizeof(uint64_t)); //read阻塞等待知道超時發生
     
  84.  
    if (s != sizeof(uint64_t))
     
  85.  
    handle_error("read");
     
  86. ?
  87.  
    tot_exp += exp;
     
  88.  
    print_elapsed_time();
     
  89.  
    printf("read: %llu; total=%llu\n",
     
  90.  
    (unsigned long long) exp,
     
  91.  
    (unsigned long long) tot_exp);
     
  92.  
    }
     
  93. ?
  94.  
    exit(EXIT_SUCCESS);
     
  95.  
    }
     


 

?
 

?











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